Основы координатной метрологии

Повышение качества сборки машин или изготовления деталей невозможно без высокоточных промышленных измерений. Важно и то, что современные технологии производства вынуждают проводить такие измерения предельно быстро, с высокой точностью, а также в автоматическом режиме. На такую работу способны только координатно-измерительные машины, контролирующие геометрию, форму, пространственное положение детали или заготовки. С помощью таких машин создаются сложные измерительно-вычислительные комплексы, управляемые посредством метрологического программного обеспечения. Такие комплексы обслуживают:

• машиностроение;
• станкостроение;
• аэрокосмическую отрасль;
• самолетостроение;
• судостроение;
• автомобилестроение;
• атомную энергетику.

Жесткие требования к точности и оперативности контроля продвигают внедрение измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) в другие отрасли промышленности.

Обоснованием теории и практики перехода на прецизионные КИМ занимается координатная метрология. Представители этой научно-прикладной дисциплины работают над математическими основами программного обеспечения, конструированием новых средств или технологий измерений, разработкой систем управления КИМ. К актуальным проблемам координатной метрологии относят вопросы внедрения ИВК в производство, а также повышение точности мониторинга геометрии, формы или пространственного положения объекта.

Принципы работы координатно-измерительных машин

Положенные в основу КИМ координатные системы берут свое начала от трудов Рене Декарта. Французский математик предложил описывать форму, размеры и пространственное положение объекта с помощью привязки характерных точек к трехмерной, прямоугольной системе координат. Благодаря этому условную длину, ширину и высоту удалось отобразить, как разницу положения крайних точек относительно осевых линий X, Y, Z.

С момента публикации этой идеи прошло 400 лет, но она оказалась настолько удачной, что трехмерный принцип построения координат стал основой и для многих стационарных КИМ. Три оси рабочего стола измерительной машины образуют координатные линии, а в качестве средства измерения выступает щуп, снимающий положение точки относительно X, Y, Z.

Фиксируя в памяти устройства положения облака точек, КИМ составляет цифровую модель детали, а также ее отдельных элементов. Такая методика измерений позволяет уточнить положение элемента не только в системе координат, но и в соотношении с другими точками детали.

В итоге, для измерения достаточно уточнить положение крайних точек в системе координат машины или детали. В первом случае координатные линии соответствуют направлениям движения щупа (влево-вправо, вперед-назад, вверх-вниз). Во втором случае оси X, Y, Z привязаны к конкретным точкам на поверхности детали (по две точки на ось). При необходимости КИМ может сопоставить координатные сети детали или машины, выполнив выравнивание систем.

От чего зависит точность КИМ и как компенсируются погрешности измерений

Любые средства измерения — это всего лишь приборы, детали которых выпускают с жесткими допусками, предполагающими незначительные отклонения от проектного размера. Несмотря на высокие требования к таким допускам, каждый измерительный прибор сталкивается с ошибками шкал, креном, рысканием щупа, тангажом, отклонениями от прямолинейности. Поэтому оперируют понятием «техническая точность измерения», которое предполагает допустимые отклонения от фактических размеров.

Координатно-измерительные машины состоят из механической части и программного комплекса, способного нивелировать ошибки, приводящие к измерению с «технической» точностью. Для этого достаточно составить карту ошибок, спровоцированных допусками компонентов механической части, а также ввести поправки в алгоритм снятия размеров и обработки результатов. Выполнив объемную компенсацию ошибок, разработчики повышают точность и снижают стоимость мониторинга геометрии или формы, что гарантирует весомые преимущества для метрологического обеспечения производственных процессов.

Метрология в услугах ООО Фирма «ЮСТАС»

ООО Фирма «ЮСТАС» предлагает клиентам не только метрологические или геодезические услуги. Наши специалисты выполняют:

• разработку новых методик измерений;
• внедрение инновационных технологий контроля;
• высокоточные измерения;
• настройку и введение в эксплуатацию инструментов для высокоточных измерений;
• и многое другое.

В своей работе мы используем высокоточные средства измерений, ориентированные на решение задач любого уровня сложности.

Практический эффект разработки новых методик измерений

Метрологическое обеспечение процессов изготовления деталей или сборки агрегатов — важная часть системы контроля качества. От точности, стабильности и скорости проведения замеров зависит конкурентоспособность любой продукции. Для получения такого результата мы предлагаем использовать основы метрологии координат. Опираясь на возможности ИВК, инженеры компании:

• разрабатывают новые технологии мониторинга геометрии, формы, пространственного положения промышленного объекта;
• создают программы, на основе которых выполняется метрологическая сертификация продукции, полуфабрикатов, заготовок;
• разрабатывают алгоритмы анализа данных полученных от КИМ;
• внедряют обеспечение единства измерений, заботясь о стандартизации процессов передачи результатов, а также о проведении замеров с установленной ГОСТ точностью;
• внедряют новые подходы к составлению отчетов, исполнительных чертежей, прочей документации.

Опираясь на координатную метрологию, мы поднимаем качество оценки заготовок, деталей, элементов конструкций, а также готовых изделий в сборе. Сотрудничая с Фирмой «ЮСТАС», вы делаете свою продукцию более качественной и конкурентоспособной.

Преимущества внедрение координатной метрологии в размерный контроль

Интеграция ИВК и КИМ в технологии размерного контроля производственных процессов обеспечивает:

• внедрение принципа взаимозаменяемости отдельных узлов или деталей сборной конструкции;
• сборку без подгонки отдельно изготовленных деталей;
• возможность сквозного размерного мониторинга на всех этапах производства, что повышает качество продукции;
• высокую результативность анализа собираемости узла или законченной конструкции, который проводится на основе виртуальной модели;
• отказ от шаблонов, кондукторов и прочей измерительной оснастки.

Для получения этих преимуществ заказчику предлагается конфигурирование измерительных систем, а также связанного с ними программного обеспечения. Инженеры фирмы подберут индивидуальную технологию размерного контроля, позаботятся о сопровождении поставки оборудования, разработают проектную КиТД, обучат персонал предприятия. Основной метод обучения — совместная работа со специалистами заказчика после завершения внедрения КИМ.

Возможности высокоточного размерного контроля

Современная метрология предлагает не только новые технологии размерного контроля. На рынке появились не только способы, но и средства измерений (СИ), которые отличаются от старых приборов предельной точностью. Большинство из высокоточных СИ построены на базе электронно-оптических приборов или лазерных сканеров, поддерживающих принципы координатной метрологии. С помощью этого оборудования можно проводить универсальные измерения по сквозному принципу, получая информацию о геометрии или форме детали даже в избыточном объеме.

Используя высокоточные приборы и принципы координатных измерений, метрологии ООО Фирма «ЮСТАС» внедряют в производственные процессы заказчика:

• оперативную размерную аттестацию изделий сложной формы;
• новые способы разметки конструкций, согласования их осей, задания баз;
• оперативный сборочный мониторинг, контролирующий качество монтажа неразъемных или разъемных соединений;
• мониторинг процессов механической обработки в динамике (включая юстировку станочной оснастки);
• измерение геометрии крупногабаритных металлоконструкций, например, корабельных корпусов;
• лазерную калибровку емкостей;
• комплексное измерение деформации металлоконструкций или объектов строительства.

Высокоточный размерный контроль проводится даже во время производства деталей и сборки конструкции. При этом гарантируется высокая скорость съемки геометрических параметров.

Выгоды внедрения 3D мониторинга объектов

Построение трехмерной модели предполагает предельно низкие допуски на размеры объекта. Важно, что программное обеспечение лазерной координатно-измерительной системы проводит мгновенное сравнение фактических габаритов с проектными параметрами. Благодаря такой точности и оперативности 3D мониторинг применяется не только в размерной аттестации. Его используют во время проектирования (при прочностных расчетах), а также при калибровке (для расчета объема и площади).

С помощью лазерного сканера и трекера, связанного с ИВК, можно:

• сравнить фактическую геометрию с загруженной CAD-схемой;
• моделировать «конфликты», возникающие при установке деталей сборных конструкций;
• организовать реверс-инжиниринг сложных объектов;
• построить 3D модель высокой точности;
• уточнить КТД при строительстве серии объектов.

В построении 3D модели участвуют самые опытные геодезисты и метрологи Фирмы «ЮСТАС». Первые определяют точки привязки для установки сканера, вторые — организуют процесс измерений и расшифровки облака точек. При использовании лазерных сканеров и трекеров полевые условия съемок значения не имеют. Инженеры компании выезжают на объект с оборудованием фирмы или организуют настройку компонентов систем размерного контроля, приобретенного заказчиком. Мы гарантируем высокую точность бесконтактных измерений всегда и в любых обстоятельствах. На все выполненные работы предоставляется гарантия от исполнителя.